La stratégie de contrôle du MPPT à base d’ANFIS

Le réseau de neurones est combiné avec la logique floue, l'objectif principal du concept d'hybridation est de surmonter la faiblesse dans une seule technique appelée (ANFIS), tout en appliquant les deux techniques et en mettant en valeur leurs atouts [152,153].

Dans le travail actuel, le (MPPT) détecte les entrées G et T, et sélectionne le rapport cyclique qui correspond à ces paramètres d’entrées pour l’envoyer au contrôleur (MLI), Cinq couches ont été utilisées où, chaque nœud exécute la même fonction, voir Figure 5.15.

Chaque entrée comporte cinq fonctions d'appartenance, de sorte qu'il ait vingt-cinq règles floues. Les fonctions initiales d'appartenance sont choisies de type trapézoïdal, voir la Figure 5.16. Pour effectuer le processus d’apprentissage dans (ANFIS), les données sont collectées à partir de l’algorithme (P & O) pour diverses conditions climatiques. La Figure

5.17 montre la surface générée avec le tracé tridimensionnel pour le réseau (ANFIS).

Figure 5.15. Structure de la commande MPPT à base d’ANFIS.

(a) (b)

Figure 5.16. Les fonctions d’appartenances des entrées de la méthode ANFIS :

138

Figure 5.17. Surface entre deux entrées et une sortie.

5.7.4. Résultats de simulation et discussions

Afin que nos résultats soient proches de la réalité, nous avons supposé que la station photovoltaïque en question, fonctionne sous des conditions climatiques variables comme montré sur la Figure 5.18.

Figure 5.18. Les variations de la température et de

l’irradiation pendant les simulations.

Figure 5.19. Les tensions 3-phases AC du réseau au niveau

du PCC sans compensation.

Figure 5.20. Les tensions 3-phases AC du réseau au

niveau du PCC avec une compensation PV-STATCOM.

139

Figure 5.22. Puissance réactive totale injectée. Figure 5.23. Index de modulation du VSC.

Figure 5.24. Puissance active totale injectée. _{Figure 5.25. Rapport cyclique de l’hacheur (Boost).}

Figure 5.26. Tension de sortie DC de l’hacheur

(Boost).

Figure 5.27. Courant actif (pu).

De

t0

à t0.5 _{s la tension du réseau est égale à 1 pu voir Figure 5.19 qui est}

identique à la valeur de référence d’ou, l’onduleur (VSC) demeure initialement flottant (STATCOM est inactif). Par conséquent la puissance réactive fournie ou absorbée du réseau est nulle voir Figure 5.22, ce qui se traduit également par un courant réactif nul voir Figure 5.21. De

t0.5

à

t1.5

_{s la tension du réseau est diminuée de 7.2% > 5% (limite} inférieure spécifiée par la norme), d’où la tension prend la valeur de 0.928 pu (voir Figure 5.19), et cela en raison de la connexion d’une charge inductive ce qui est inacceptable. L’onduleur (VSC) doit réagir en injectant une puissance réactive dans le réseau pour augmenter la tension en effet, I passe de 0 à -1 pu voir Figure 5.21, et Q passe de 0 à 2.6 _q Mvar voir Figure 5.22 par conséquent, la tension est augmentée à un niveau de 0.971 pu ce qui est acceptable voir Figure 5.20. Après l’instantt1.5 _{s, la charge inductive est}

140

supprimée de sorte que la tension revient à sa valeur nominale 1 pu. De

t2

àt3 _{s, la}

tension du réseau est augmentée de 7.2% > 5% (limite supérieure spécifiée par la norme), d’où la tension prend la valeur de 1.072 pu voir Figure 5.19, et cela en raison de la déconnexion de la charge inductive ce qui est inacceptable. Le (VSC) réagit cette fois en absorbant la puissance réactive du réseau pour diminuer la tension en effet I passe de 0 à 1 _q pu voir Figure 5.21, et Q passe de 0 à -2.7 Mvar voir Figure 5.22 par conséquent, la tension est diminuée à un niveau de 1.029 pu ce qui est acceptable voir Figure 5.20. Il faut noter aussi que lorsque le fonctionnement du VSC bascule du mode capacitif au mode inductif, l’indexe de modulation de la (MLI) est diminué de 0.93 à 0.77 voir Figure 5.23.

D’une autre part, les puissances actives totales récoltées de la station photovoltaïque sans MPPT, avec MPPT méthode (P&O), et (MPPT) méthode (ANFIS) pour la température et l’irradiation présumées sont représentées dans la Figure 5.24, où il est observable que le gain apporté par le (MPPT) méthode (ANFIS) par rapport à la méthode (P&O) conventionnelle est visiblement plus élevé. En effet, la puissance maximale totale injectée dans le réseau dans les conditions de fonctionnement standards (STC), est égale à 2980 KW avec le (MPPT) méthode (ANFIS) tandis qu’elle ne dépasse pas 2900 KW avec le (MPPT) méthode (P&O). Donc nous pouvons dire que le (MPPT) à base de la méthode (ANFIS) possède des performances statiques et dynamiques qui sont bien meilleurs que le (MPPT) à base de la méthode (P&O) conventionnelle comme montré à l’instant 2.5 s sur la Figure 5.24, où nous constatons que le dépassement de la méthode (P&O) est plus important. De plus, le rapport cyclique de la Figure 5.25, a présenté plus d’oscillations qui ont eu lieu en utilisant le (MPPT) à base de la méthode (P&O) conventionnelle en comparaison avec le (MPPT) à base de la méthode (ANFIS). C’est ainsi que la tension de sortie de l’hacheur (Boost) présente un graphe qui est presque conforme à la référence, Figure 5.26.

Note: Convention de signe

d

I Positif: l’onduleur génère la puissance active (mode onduleur) = la puissance activePest positive.

q

I Positif: l’onduleur absorbe la puissance réactive (mode inductif) = la puissance réactive

141 5.8. Conclusion

Ce chapitre, nous fait découvrir une nouvelle application d'un système PV associé à un (VSC) et qui fonctionne comme un véritable STATCOM. En fait, une attention toute particulière a été accordée au comportement dynamique du système PV-STATCOM connecté au réseau électrique, c’est ainsi que nous avons établi un modèle mathématique détaillé du STATCOM. Ensuite, une étude a été menée concernant l’impact d’un système de compensation PV-STATCOM sur un réseau test IEEE-14 nœuds. Afin de valider l’efficacité du système de compensation envisagé, et qui s’avère une alternative aux conditions de travail irrégulières, nous avons simulé une chute de tension suivie par une surtension.

Les l'analyses présentées ci-dessus, nous ont conduit aux conclusions suivantes  Le système photovoltaïque connecté au réseau peut effectuer deux fonctions, la première

c’est de fournir la puissance active pourvu que les rayons du soleil atteignent les cellules photovoltaïques, de plus il peut réguler la tension du réseau à un niveau souhaité autant de fois que nécessaire.

 Le système photovoltaïque donne des résultats remarquables lorsque il est associé au (VSC), du fait qu’il peut assurer le besoin, de la puissance réactive requise par la charge ce qui a pour effet de soulager la ligne et augmenter en toute évidence sa capacité de transport.

 Le (MPPT) basé sur (ANFIS) est très efficace pour récolter la puissance maximale produite par le champ photovoltaïque en comparaison avec le (MPPT) à base de la méthode (P&O) conventionnelle.

Conclusion

Générale Et

Perspectives

142

CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES

Avant d’entamer la problématique du transfert énergétique du générateur PV, une plateforme de connaissance approfondie sur le thème PV est nécessaire. Beaucoup de généralités portant sur l’effet PV, cellule et générateur PV sont présentés. Un modèle mathématique du phénomène de conversion PV a été établi, permettant ainsi le traçage des caractéristiques du générateur PV. Les caractéristiques PV puissance-tension dans les conditions normales de fonctionnement admettent un seul point extremum. L’insertion de convertisseurs statiques avec une commande appropriée permet le fonctionnement optimal du générateur. Le but de cette étude était de porter contribution dans la capture de la puissance PV maximale en intervenant sur la structure de puissance de l’étage de conversion et sur son circuit de commande. Autrement dit, l’objectif était de choisir des topologies de convertisseurs simples et fiables et de proposer des algorithmes MPPT performants.

Par ailleurs la résolution des limites des lois de commande classique en absence des paramètres du modèle, dont le recours aux méthodes de commandes basées sur les techniques de l’intelligence artificielle est devenu une nécessité. En effet, l’adaptabilité de la logique floue, la capacité d’apprentissage et la génération des réseaux de neurones sont combinées afin d’obtenir un réseau nouro-flou qui représente un outil intelligent puissant dans le domaine de la commande des systèmes non linéaires. Une configuration PV à base d’un convertisseur élévateur (Boost) simple est considérée pour la vérification de la nouvelle méthode. La comparaison des résultats de simulation de la technique (P&O) conventionnelle avec la technique ANFIS affirme que la méthode ANFIS est capable d’atteindre le point de fonctionnement optimal lors d’un changement brusque du rayonnement solaire avec une performance élevée dans les deux états stables et dynamiques, soit en croissance ou en décroissance. La réponse du système au profil de l’éclairement proposé prouve que la technique développée permet de réduire les erreurs de trajectoire de la poursuite du PPM. Cela peut se traduire par la minimisation des pertes de puissance engendrées.

Ensuite les travaux présentés dans cette thèse ont traité principalement deux thématiques importantes liées aux systèmes photovoltaïques :

143

 les systèmes autonomes ou hors réseau : L’intérêt porté aux énergies renouvelables nous a amené à nous intéresser aux systèmes photovoltaïques comme production décentralisée d’abord, de ce fait nous avons décrit le problème posé par la turbine à gaz (TG-7) ensuite, nous avons proposé une solution qui consiste à remplacer cette turbine par un moteur à 6 MW alimenté à partir d’un champ photovoltaïque gigantesque. Dans un second temps la commande vectorielle par orientation de flux rotorique est utilisée pour corriger la vitesse d’un moteur asynchrone alimenté toujours à partir d’un champ photovoltaïque. Les résultats de simulation montrent que la commande vectorielle est un outil robuste permettant l’adaptation de l’opération de découplage quelques soient les perturbations et les régulateurs flous utilisés répondent parfaitement aux performances souhaitées.

 Les systèmes PV raccordés au réseau : Dans cette thématique ressort l’importance de la modélisation des systèmes photovoltaïques connectés au réseau électrique. La commande de l’onduleur et les systèmes de productions déterminent le comportement principal de la production décentralisée sur le réseau de transport. Les technologies actuelles permettent une souplesse de commande et même elles s’adaptent aux défauts du réseau et ainsi font en sorte de compensé le réseau électrique. Cette nouvelle tache confiée au générateur photovoltaïque associé à un (VSC) est nommée PV-STATCOM.

Les travaux abordés dans cette thèse sont très encourageants et nous motivent de plus en plus à continuer dans ce même axe de recherche. En perspectives, on propose quelques tâches à traiter ultérieurement, comme :

 Réalisation pratique des commandes proposées.

 Adaptation et implémentation en dSPACE de systèmes de contrôle pour la commande en temps réel.

 L’utilisation des onduleurs multi-niveaux pour réduire leurs effets néfastes sur le réseau électrique.

 Introduction d’autres types de convertisseurs DC-DC.

 Utiliser les algorithmes d’optimisation métaheuristique pour l’amélioration des performances des stratégies de contrôle du MPPT comme Particle Swarm Optimization (PSO), Genetic Algorithm (GA), Ant Colony Optimization (ACO)…etc.

 Les études d'harmoniques doivent être menées, y compris des harmoniques ambiantes, pour les deux régimes statiques et transitoires.

Annexes

Et

144

ANNEXE (A)

Figure A.1. Provenance et utilisation actuelle du gaz R200.

Figure A.2. Photo réelle du moteur asynchrone de 6MW adopté (Constructeur JOUMONT SCHNEIDER / type

145

Tableau A.1. Les paramètres du moteur asynchrone de 6 MW.

Les caractéristiques électriques de moteur

Puissance nominale 6000 KW Facteur de puissance 0.9

Tension d’alimentation 5500V Couplage des enroulements Etoile / 3ph

Intensité de courant nominal 750 A Id/ In 4.7

Fréquence 50 Hz Indice de protection IP 55

Classe d’isolation F Temps de démarrage 6 sec

Caractéristique mécanique de moteur

Masse de moteur complète 17400 Kg Hauteur du bout d’arbre 900 mm

Masse de rotor 3850 Kg Longueur de bout d’arbre 247mm

Moment d’inertie 361 Kg .m² Bout d’arbre cylindrique de diamètre 200 mm

Vitesse de service (tr/mn) 1489 Nombre de clavette 2

Vitesse de synchronisme (tr/mn) 1500 Cd/Cn 2 ,6

Sur vitesse (tr/mn) 1800 Cmax /Cnom 2,8

Couple nominale (N.m) 38 479 Sens de rotation vu couté accouplé anti horaire

Couple de court circuit (N.m) 38 4790 rendement 96,5% Gabarit du moteur : hauteur =3 557 mm ; longueur =3986mm ; empattement= 1800mm

Tableau A.2. Paramètres de la pompe centrifuge.

Centrifugal Compressor MARC THERMODYNE RC5S - 4 bars: up to 16.9 Température 500C to 157 - 5 stages Vitesse nominale 9664 rpm Puissance nominale 4409 KW Couple nominal 4227 N.m Couple de démarrage 10990 N.m Couple maximum 422270 N.m PMax, Comp 5320 KW

146

Figure A.3. Coefficient de correction de latitude et température

Tableau A.3. Les paramètres du moteur asynchrone de 1.5 KW.

Puissance 1.5 KW

Tension nominale 220 V (Δ) / 380 V (Y)

Rendement 0.78

Facteur de puissance 0.8

Vitesse nominale 157 rad/sec

Fréquence nominale 50 HZ

Courant nominal 3.64 A (Y) Et 6.31 A (Δ)

Résistance statorique 4.850 Ω

Résistance rotorique 3.805 Ω

Inductance statorique 0.2 74 H

Inductance rotorique 0.274 H

Nombre de paire de pole 2

Moment d’inertie 0.031 Kg.m2

147

ANNEXE (B)

B. La logique floue

Dans le document Contribution à l’étude du transfert d’énergie dans les systèmes Photovoltaïques (Page 173-185)